Gli alettoni, i timoni, i lembi delle ali - tutte quelle cose che mantengono dritto un piano o che gli consentono di tracciare una nuova rotta - erano solo un'approssimazione. Normalmente, questi pezzi si attaccano alla parte posteriore dell'ala e della coda e quando si muovono verso l'alto o verso il basso, creano resistenza e fanno sì che l'aereo cambi direzione o altitudine.
Un'ala continua e flessibile costruita dalla NASA e dai collaboratori del MIT, dell'Università della California, di Santa Cruz e di molte altre università potrebbe ottenere lo stesso risultato in modo più efficiente, riducendo sia il consumo di carburante sia i costi di costruzione degli aerei.
"Uno dei punti principali è che possiamo ottenere questo tipo di prestazioni a un costo estremamente basso", afferma Kenneth Cheung, uno scienziato della NASA che è co-responsabile del progetto. "E c'è questa promessa di scalabilità dal fatto che possiamo usare blocchi di costruzione relativamente piccoli."
L'ala, descritta nella rivista Soft Robotics , è composta da piccole parti in fibra di carbonio che si intersecano per formare un reticolo flessibile e leggero che è ancora rigido in tutte le direzioni giuste.
Il trascinamento su un'ala tradizionale induce una sorta di corrente di vortice d'aria intorno all'ala (più di quanto è necessario per il solo sollevamento) e che l'aria vibra con quelle che sono chiamate modalità flutter, la cui forma, dimensione e frequenza dipendono dalla velocità di il mestiere. Un'ala rigida e pesante come quella in alluminio su un 747 è abbastanza forte per resistere a tale vibrazione e non strapparsi, anche alle alte velocità. Questo è un modello che gli aeroplani hanno raggiunto sulla base di decenni di ricerca di voli più veloci, afferma Cheung.
Il risultato è che intorno a un aereo in volo si muovono forme fatte di aria. Cheung li chiama flusso libero e il suo obiettivo è quello di abbinare la forma dell'aereo, in qualsiasi momento, al flusso. Una rotazione nell'ala può far sì che l'aereo cambi forma senza intoppi, un po 'come un surfista che cattura un'onda.
Il principio di base alla base del nuovo concetto è l'uso di una serie di minuscoli pezzi strutturali leggeri che possono essere assemblati in una varietà praticamente infinita di forme. (Kenneth Cheung / NASA) "Gli alettoni rigidi sono solo un'approssimazione libera di ciò che è veramente la condizione che stai cercando di raggiungere", afferma. "Quindi l'efficienza che si ottiene abbinando effettivamente le condizioni aerodinamiche può essere davvero significativa."
Non è una cosa nuova costruire un'ala che possa cambiare forma. In effetti, i fratelli Wright lo fecero: il loro aereo era basato su ali flessibili di legno e tela. Più recentemente, Airbus ha sperimentato ali flessibili stampate in 3D e una società chiamata FlexSys ha pubblicato questo mese un video di un alettone più tradizionale che flette invece di diapositive.
"È un notevole miglioramento dell'efficienza di un aereo", afferma David Hornick, presidente e COO di FlexSys. “In realtà stai mantenendo una vera forma alare quando stai facendo questo approccio morphing. La forma del profilo aerodinamico è ancora lì, stai riducendo la quantità di resistenza che verrebbe creata mettendo una superficie di controllo incernierata su di essa. "
"L'ala completamente flessibile sarà un po 'impegnativa" perché è meno simile alle forme delle ali tradizionali, afferma Hornick. "Ma onestamente, quello che stanno facendo è davvero notevole."
Altri ricercatori della Delft University of Technology e del Texas A&M hanno anche progettato e costruito ali morphing, ma la particolarità dell'ala della NASA è al suo interno. La fibra di carbonio è leggera, modellabile e rigida. Ma è fragile e incline a rompersi quando stressato nella direzione sbagliata. Cheung e il suo team hanno sviluppato una piccola unità ad incastro che può essere messa insieme per formare un reticolo tridimensionale di fibra di carbonio. Individualmente, sono rigidi, ma il tutto è flessibile. È anche estremamente leggero.
"Se prendi questa strategia di blocco per costruire questi reticoli tridimensionali da parti in fibra di carbonio, ottieni qualcosa che puoi trattare come materiale continuo", afferma Cheung. “Ottieni prestazioni incredibilmente buone. Abbiamo effettivamente mostrato la massima rigidità specifica mai dimostrata per un materiale ultraleggero. ”
Una volta costruito il reticolo, la squadra fece scorrere un'asta dalla fusoliera alla punta dell'ala, che, quando ruotata da un motore nel corpo dell'aereo, torce la punta e il resto dell'ala segue. Il tutto è rivestito in una poliimmide chiamata Kapton, un materiale ramato simile a un nastro usato nei circuiti flessibili.
Un'architettura di ala di nuova concezione potrebbe semplificare notevolmente il processo di produzione e ridurre il consumo di carburante migliorando l'aerodinamica dell'ala. Si basa su un sistema di subunità minuscole e leggere che potrebbero essere assemblate da un team di piccoli robot specializzati e potrebbero infine essere utilizzate per costruire l'intera cellula. (Kenneth Cheung / NASA) Un ulteriore vantaggio è la modularità dei componenti; quasi l'intera ala era assemblata da pezzi identici, il che significa che una compagnia aerea che voleva usarli poteva risparmiare molto anche sul processo di fabbricazione. Potrebbero anche essere sostituiti singolarmente, il che significa riparazioni più economiche o riconfigurati in nuove forme per altri velivoli.
"Quello che hanno fatto è che hanno usato queste strutture leggere e rigide in un modo che rende deformabile l'intera struttura", afferma Haydn Wadley, un professore di scienza dei materiali e ingegneria che lavora su deformabili, ma forti reticoli di forma- leghe di memoria presso l'Università della Virginia. "Questo è il tipo di cosa, potresti immaginare una turbina eolica che cambia la forma di un profilo aerodinamico per determinare la quantità di energia che aspira dal vento."
Il team di ricerca ha già montato l'ala su un aereo telecomandato e i futuri voli di prova saranno caratterizzati da aerei più grandi, con un'apertura alare fino a tre metri, con sensori montati su di essi per monitorare l'ala e la corrispondenza del flusso d'aria attorno ad esso . Alla fine, la tecnologia potrebbe apparire in velivoli con equipaggio o addirittura aerei commerciali. Ma anche il cielo potrebbe non essere il limite.
“Siamo ansiosi anche di potenziali applicazioni spaziali. Ovviamente, se hai intenzione di costruire un'astronave o un habitat nello spazio, non hai una fabbrica lì per costruirlo ”, afferma Cheung. "Sappiamo di avere tutte queste applicazioni nello spazio che sono molto più grandi di quanto possiamo lanciare, quindi dobbiamo costruirle."
